6

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Umum

Pada bab ini akan dijelaskan tentang teori-teori yang mendasari permasalahan

dan penyelesaian tugas akhir ini. Diantaranya adalah pengenalan antena, besaran -

besaran pada antena, diagram radiasi, gain, VSWR antena dan macam - macam

antena. Selanjutnya akan dijelaskan pula mengenai pengenalan wireless LAN.

2.2 Pengenalan Antena

Antena adalah suatu piranti yang digunakan untuk merambatkan dan

menerima gelombang radio atau elektromagnetik. Pemancaran merupakan satu

proses perpindahan gelombang radio atau elektromagnetik dari saluran transmisi

ke ruang bebas melalui antena pemancar. Sedangkan penerimaan adalah satu

proses penerimaan gelombang radio atau elektromagnetik dari ruang bebas

melalui antena penerima. Karena merupakan perangkat perantara antara saluran

transmisi dan udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match)

dengan saluran pencatunya.

Secara umum, antena dibedakan menjadi antena isotropis, antena

omnidirectional, antena directional, antena phase array, antena optimal dan

antena adaptif. Antena isotropis (isotropic) merupakan sumber titik yang

memancarkan daya ke segala arah dengan intensitas yang sama, seperti

permukaan bola. Antena ini tidak ada dalam kenyataan dan hanya digunakan

7

sebagai dasar untuk merancang dan menganalisa struktur antena yang lebih

kompleks. Antena omnidirectional adalah antena yang memancarkan daya ke

segala arah, dan bentuk pola radiasinya digambarkan seperti bentuk donat

(doughnut) dengan pusat berimpit. Antena ini ada dalam kenyataan, dan dalam

pengukuran sering digunakan sebagai pembanding terhadap antena yang lebih

kompleks. Contoh antena ini adalah antena dipole setengah panjang gelombang.

Antena directional merupakan antena yang memancarkan daya ke arah tertentu.

Gain antena ini relatif lebih besar dari antena omnidirectional. Contoh, suatu

antena dengan gain 10 dBi (kadang-kadang dinyatakan dengan “dBic” atau

disingkat “dB” saja). Artinya antena ini pada arah tertentu memancarkan daya 10

dB lebih besar dibanding dengan antena isotropis. Ketiga jenis antena di atas

merupakan antena tunggal, dan bentuk pola radiasinya tidak dapat berubah tanpa

merubah fisik antena atau memutar secara mekanik dari fisik antena.

Selanjutnya adalah antena phase array, yang merupakan gabungan atau

konfigurasi array dari beberapa antana sederhana dan menggabungkan sinyal

yang menginduksi masing-masing antena tersebut untuk membentuk pola radiasi

tertentu pada keluaran array. Setiap antena yang menyusun konfigurasi array

disebut dengan elemen array. Arah gain maksimum dari antena phase array dapat

ditentukan dengan pengaturan fase antar elemen-elemen array.

Antena optimal merupakan suatu antena dimana penguatan (gain) dan fase

relatif setiap elemennya diatur sedemikian rupa untuk mendapatkan kinerja

(performance) pada keluaran yang seoptimal mungkin. Kinerja yang dimaksud

kinerja antara lain signal to interference ratio, SIR atau signal to interference plus

8

noise ratio, SINR. Optimasi kinerja dapat dilakukan dengan menghilangkan atau

meminimalkan penerimaan sinyal-sinyal tak dikehendaki (interferensi) dan

mengoptimalkan penerimaan sinyal yang dikehendaki.

Antena adaptif merupakan pengembangan dari antena antena phase array

maupun antena optimal, dimana arah gain maksimum dapat diatur sesuai dengan

gerakan dinamis (dinamic fashion) obyek yang dituju. Antena dilengkapi dengan

Digital Signal Proccessor (DSP), sehingga secara dinamis mampu mendeteksi

dan melecak berbagai macam tipe sinyal, meminimalkan interferensi serta

memaksimalkan penerimaan sinyal yang diinginkan.

Gambar 2.1 Diagram Dasar Antena

2.3 Besaran-besaran Penting Pada Antena

Ada beberapa besaran penting sebagai karakteristik dari setiap antena. Besaran

ini menentukan dimana antena tersebut akan diaplikasikan. Besaran-besaran

penting dari setiap antena biasanya ditentukan pada pengamatan medan jauh (far-

Gelombang ruang bebas

Waveguide

Gelombang Tertuntun

Antenna Pemancar

Gelombang ruang bebas

Waveguide

Gelombang Tertuntun

Antenna Penerima

9

field). Teknik pengukuran besaran antena adalah proses mengukur besaran-

besaran karakteristik dari antenna, seperti

Diagram Radiasi : sebagai besaran yang menentukan ke arah sudut mana sebuah

antena memancarkan energinya.

Direktivitas D : besaran yang menyatakan perbandingan antara kerapatan daya

maksimal dengan kerapatan rata-rata

Gain G : direktivitas dikurangi dengan kerugian pada antena. Pada antena yang

tak memiliki kerugian, G = D.

Polarisasi : menyatakan arah dan orientasi dari medan listrik dalam

perambatannya dari antenna pemancar.

Impedansi : impedansi masukan antena dilihat dari rangkaian elektronika,

penting untuk menghindari mismatching.

Bandwidth : lebar pita frekuensi, di interval ini performance antena masih

dianggap baik

2.3.1 Diagram Radiasi

Diagram radiasi adalah besaran yang paling penting pada antena.

Diagram radiasi merepresentasikan distribusi energi yang dipancarkan

oleh antena di ruang. Besaran ini diukur/dihitung pada medan jauh (far-

field) dengan jarak yang konstan ke anten dan divariasikan terhadap sudut,

biasanya sudut θ dan φ.

Sebagai contoh sederhana adalah antena dipole yang diletakkan di sumbu

asal dari sistem koordinat. Antena ini mempunyai diagram pancar secara

10

tiga dimensi seperti yang terlihat gambar 2.2. Sebuah bentuk konsentrasi

energi yang seperti bentuk donat. Jika kita amati karakteristik radiasi dari

antenna ini pada bidang horizontal (bidang H/H plane) berbentuk

lingkaran. Dalam kordinat polar, artinya jika bergerak pada bidang

horizontal pada jarak yang konstan, maka kita akan mendapatkan energi

yang sama, ke sudut φ manapun kita bergerak. Tetapi jika kita amati pada

bidang vertical ( bidang E/E plane ), kita potong donat tersebut misalnya

dengan bidang yz maka akan kita dapatkan bentuk seperti gambar 2.2

dibawah ini. Dalam kordinat polar berarti, pada sudut θ=0˚ tak ada

pancaran, dan dengan membesarnya θ akan membesar pula kontribusi

pancaran kearah sudut itu, sampai mencapai maksimalnya pada θ=90˚,

kemudian mengecil, dan kembali nol pada θ=180˚.

Gambar 2.2 Bentuk Konsentrasi Energi

11

2.3.2 Direktivitas dan Gain

Karakteristik pancar antena didefinisikan pada medan jauh (far

field), yang mana pada kondisi medan jauh ini, pada suatu radiyus tertentu,

kita akan mendapatkan medan listrik yang merupakan fungsi dari sudut θ

dan φ, E(ϑ ,ϕ) dan medan magnet yang juga merupakan fungsi dari kedua

sudut tersebut, H(ϑ ,ϕ) kedua saling terkait, satu dengan lainnya sesuai

dengan

.......................(2.1)

Zo adalah impedansi gelombang ruang bebas, dengan Secara

nilai medan magnet proporsional dengan medan listrik vektor Pointing

(kerapatan daya), yang secara singkatnya di sini dituliskan dengan

..................(2.2)

Vektor Pointing menggambarkan aliran daya, yang pada rumus di atas

mempunyai arah radial keluar dari antena.

2.3.3 VSWR

Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) merupakan kemampuan

suatu antena untuk bekerja pada frekuensi yang diinginkan. Pengukuran

VSWR berhubungan dengan pengukuran koefisien refleksi dari antena

tersebut. VSWR sangat dipengaruhi oleh impedansi input. Impedansi

antena penting untuk pemindahan daya dari pemancar ke antena dan dari

antena ke penerima. Sebagai contoh untuk memaksimumkan perpindahan

12

daya dari antena ke penerima, impedansi antena harus conjugate match.

Jika ini tidak dipenuhi maka akan terjadi pemantulan energi yang

dipancarkan atau diterima.

Perbandingan level tegangan yang kembali ke pemancar (V-) dan yang

datang menuju beban (V+) ke sumbernya lazim disebut koefisien pantul

atau koefisien refleksi yang dinyatakan dengan simbol “Γ” atau dapat

dituliskan:

Γ = v−v+ ......................(2.3)

Hubungan antara koefisien refleksi, impedansi karakteristik saluran

(Zo) dan impedansi beban/ antena (Zl) dapat ditulis:

Γ = 1− 01+ 0 .....................(2.4)

Harga koefisien refleksi ini dapat bervariasi antara 0 (tanpa

pantulan/match) sampai 1, yang berarti sinyal yang datang ke beban

seluruhnya dipantulkan kembali ke sumbernya semula. Maka untuk

perhitungan VSWR.

= |Γ||Γ| ...................(2.5)

Besar nilai VSWR yang ideal adalah 1, yang berarti semua daya

yang diradiasikan antena pemancar diterima oleh antena penerima (match).

13

2.4 Macam – macam Antena

2.4.1 Antena Yagi

Antena yagi secara teoritis yaitu sejenis antena yang terdiri dari 3

macam elemen. Dimana 3 macam yang memegang peranan penting dalam

konstruksi antena yagi yaitu reflektor, dipole dan direktori dalam

pengimplementasianya sebuah antena yagi dapat dibuat dari elemen

berbentuk pararel silindris.

Gambar 2.3 Antena yagi pada koordinat cartesius

Pada gambar diatas menunjukkan bahwa elemen-elemen yagi

terletak sejajar pada Z axis, sedangkan boom ataupun bahan penyangga

elemen sejajar dengan X axis.

2.4.1.1 Elemen Driven

Driven merupakan bagian paling penting dari sebuah antena yagi

karena elemen inilah yang akan membangkitkan gelombang

elektromagnetik menjadi sebuah sinyal yang akan di pancarkan. Untuk

14

menjadikan sebuah driven yang menghantarkan radiasi dengan baik,

biasanya menggunakan antena dipole sebagai bentuk drivennya.

Gambar 2.4 Antena Dipole

2.4.1.2 Elemen Reflector

Sesuai dengan namanya reflector, elemen ini merupakan elemen

pemantul. Elemen reflektor ditempatkan di belakang dipole dan dibuat

lebih panjang dari pada panjang dipole.

Gambar 2.5 Susunan Reflektor dan Driven

Tujuan utama dari penempatan reflektor di belakang adalah untuk

membatasi radiasi agar tidak melebar kebelakang namun kekuatan

15

pancarannya akan diperkuat ke arah sebaliknya. Reflektor juga bersifat

menjadikan antena lebih induktif.

2.4.1.3 Elemen Director

Elemen Direktor merupakan elemen pengarah yang diletakkan

didepan antena dipole terlipat (driven), direktori akan memaksakan radiasi

dari driven menuju ke satu arah. Elemen ini juga kadang sering disebut

dengan elemen parasitic.

Gambar 2.6 Penempatan elemen Direktor

Antena Yagi Uda termasuk dalam tipe antena parasitic array. Konfigurasi

antena Yagi Uda dapat dilihat seperti pada Gambar 2.3

Gambar 2.7 Antena Yagi 6 Elemen

16

Elemen kedua dari antena dinamakan driven dan yang lain adalah parasitic.

Dipole pertama memiliki ukuran lebih panjang dibandingkan dengan driven.

Dipole kedua ini difungsikan untuk sebagai reflector. Elemen yang berada pada

sisi kanan dari driven memiliki ukuran lebih pendek dari elemen sebelumnya.

Elemen ini memiliki fungsi sebagai sebagai director. Director dan reflector

mengatur radiasi sepanjang sumbu x. Antena Yagi Uda banyak dipakai sebagai

antena penerima TV dan memiliki directivity yang bagus serta struktur yang

sederhana. Antena Yagi Uda termasuk jenis antena yang banyak dipergunakan

karena memiliki gain yang tinggi, biaya pembuatannya murah serta proses

pembuatannya yang relatif mudah. Antena Yagi Uda terdiri atas sebuah dipole

yang disusun dengan beberapa elemen parasitic (parasitic elemen), dimana

terdapat dua macam elemen parasitic tersebut yaitu

− Sebuah reflector yang berfungsi memantulkan radiasi dari driven

− Satu atau beberapa director yang berfungsi mengarahkan radiasi dari driven

kearah tertentu

Pada antenna Yagi Uda jumlah elemen mempengaruhi gain antena tersebut.

Semakin banyak elemen maka semakin tinggi pula gain yang dimilikinya. Sampai

sekarang antena yagi sangat dikenal, terdapat banyak pembahasan mengenai

realisasi antena tersebut, yang membedakan adalah jarak sejumlah direktor, jarak

antara elemen antena dan tingginya masing-masing elemen. Pada kebanyakan

kasus, jumlah elemen, jarak dan tinggi dibedakan berdasarkan percobaan.

Sekarang ini banyak program untuk modeling antena yagi untuk

mengoptimalkannya berbasis komputer.

17

Sebelum memulai analisa angka dari antena yagi, beberapa hal untuk

mempermudah diperkenalkan :

1. Antena dianggap dalam medium lossless.

2. Elemen antena dibuat dari konduktor dengan kualitas yang

sempurna.

3. Arus dan pengisian dikonsentrasikan pada sumbu dari kabel

antena.

2.4.2 Antena Isotropis

Antena isotropis mempunyai intensitas pancar yang sama merata ke

semua arah, seperti yang ada pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.8 Intensitas Pancar Antena Isotrop

Dengan mengintegrasikan kerapatan daya terhadap permukaan bola

didapatkan daya total yang dipancarkan.

.........................(2.6)

18

19

20

Gambar 2.11 Array Satu Dimensi

Array satu dimensi akan mempunyai diagram radiasi yang akan

mengkonsentrasikan energinya hanya ke satu arah sudut tertentu, misalnya

hanya untuk sudut atau (fan-like radiation diagram). Supaya bisa

didapatkan pengkondisian energi di dua arah sudut (pencil-like radiation

diagram) seringkali dipergunakan array dua dimensi, yang merupakan

pengembangan array satu dimensi ke arah yang orthogonal dengannya.

Gambar 2.12 Array Dua Dimensi

2.4.6 Antena Apertur

Antena apertur adalah jenis teknologi waveguide (pemandu

gelombang). Jenis yang sederhana adalah sebuah waveguide yang

dipotong penampangnya dan dibiarkan terbuka. Jika di dalam waveguide

21

ini merambat gelombang elektromagnetika dengan suatu mode(misalnya

mode H10), bagaimanakah kita menentukan medan elektromagnetika di

bagian luar ( far-field ). Jika kita bisa mengganti struktur waveguide ini

dengan sumber arus, maka dengan bantuan radiasi integral, kita bisa

menentukan medan elektromagnetikanya.

Gambar 2.13 Antenna Apertur

2.5 Wireless-LAN

Jaringan wireless LAN adalah jaringan yang menggunakan gelombang radio

sebagai media transmisi data. Informasi (data) ditransfer dari satu komputer ke

komputer lain menggunakan gelombang radio. WLAN sering disebut sebagai

jaringan nirkabel atau jaringan wireless.

Proses komunikasi tanpa kabel ini dimulai dengan bermunculannya peralatan

berbasis gelombang radio, seperti walkie talkie, remote control, cordless phone,

ponsel, dan peralatan radio lainnya. Lalu adanya kebutuhan untuk menjadikan

komputer sebagai barang yang mudah dibawa (mobile) dan mudah digabungkan

dengan jaringan yang sudah ada. Hal-hal seperti ini akhirnya mendorong

pengembangan teknologi wireless untuk jaringan komputer.

22

Gambar 2.14 Wireless LAN

Biasanya wireless LAN ini dipakai di suatu daerah atau lokasi dimana

pemakainya selalu dalam keadaan bergerak, atau di lokasi tersebut tidak terdapat

jaringan kabel untuk penyaluran data. Wireless LAN ini biasanya menggunakan

frekuensi 2,4 GHz yang disebut juga dengan ISM (Industrial, Scientific, Medical)

Band, dimana oleh FCC (Federal Communication Commission) memang

dialokasikan untuk berbagai keperluan industri, sains, dan media. Jadi siapa pun

dapat menggunakan frekuensi ini dengan bebas asalkan tidak menggunakan

pemancar berdaya tinggi.

Anatomi dari wireless LAN sendiri biasanya digunakan sebagai hubungan dari

satu point ke point yang lain, tetapi dengan perkembangan teknologi, wireless

LAN ini dapat digunakan untuk hubungan dari point ke multipoint begitu pula

sebaliknya.

23

Ada dua macam cara penyaluran data melalui Wireless-LAN ini, yaitu:

1. Direct Sequence Spread Spectrum

Dikenal juga sebagai Direct Sequence Code Division Multiple Access (DS-

CDMA), DSSS merupakan salah satu cara untuk menyebarkan modulasi

sinyal digital di udara.

Rentetan informasi dikirim dengan membagi sekecil mungkin sinyal, lalu

ditumpangkan pada kanal frekuensi yang ada di dalam spektrum tertentu.

2. Frequency Hoping Spread Spectrum

Dimana paket data dipecah dan dikirimkan menggunakan frekuensi yang

berbeda-beda, satu pecahan bersisian dengan lainnya, sehingga seluruh data

dikirim dan diterima oleh PC yang dituju. Kecepatan sinyal frekuensi ini

sangat tinggi, serta dengan pemecahan paket data maka sistem ini memberikan

keamanan yang dibutuhkan dalam satu jaringan, karena kebanyakan radio

tranceiver biasa tidak dapat mengikutinya.

Masing-masing penyaluran data diatas memliki kelebihan dan kekurangan

masing-masing. Dengan DSSS sinyal yang didapatkan lebih besar hanya saja

menyebabkan kemungkinan terjadinya interferensi yang lebih besar juga.

Sedangkan dengan FHSS terjadinya interferensi sangatlah kecil namun sinyal

yang didapat juga lebih sedikit.